基于ZigBee的智能停車場管理系統

摘 要： 傳統智能停車場的管理系統存在一些不足，為了將其自動化和智能化的程度提高，提出了一種基于ZigBee組網技術的管理系統。傳感器模塊電路采用CC2530，具有功耗低、靈敏度高的特點，滿足無線收發信息和檢測的功能。該系統通過后臺的管理系統，可以及時管理停車場的車位狀態，圖像處理能夠采集車牌的有效信息，指示燈控制電路引導車輛，實現停車場智能管理的目的。

關鍵字： ZigBee組網； 傳感器； 智能化； 圖像采集

中圖分類號： TN919?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）07?0124?03

0 引 言

伴隨著汽車工業的不斷發展，汽車數量越來越多。車輛變多就需要更多的停車場，也需要更多的車位，現有的傳統停車場管理系統[1]無法迎合車輛日益擴大規模的需要。現將當下停車場存在的一些缺陷具體列舉如下：第一，汽車在進停車場的時候需要停車進行刷卡，一旦停車數量過多停車場入口就會擁堵；第二，汽車進入停車場后，人們無法又快又準確地找到可停的車位，時間浪費掉了，停車場的運行效率就大大降低；第三，在停車場里面，汽車數量多導致管理起來較麻煩，車子的安全也存在隱患；第四，出停車場時收費是人為的，這樣誤差很難避免。針對傳統停車場管理系統存在的這些不足，本文提出了一種基于ZigBee的管理系統。本系統通過ZigBee無線組網技術[2]與最優算法數據處理[3]可使停車場實現智能化、高效化。通過傳感器進行數據采集，將信息傳輸到數據庫，數據庫分配出最優車位，使每輛車都能高效停車，智能繳費，確保停車場能夠進行高效有序的管理。

1 系統的整體硬件設計

本系統的硬件主要有CC2530無線射頻收發模塊[4]、射頻天線、LED指示燈控制電路等。

硬件系統框圖如圖1所示。

圖1 硬件系統框圖

1.1 CC2520無線射頻模塊

考慮數據傳輸的要求，在此選用射頻收發器模塊CC2520在ZigBee系統中進行數據收發。CC2520收發電路包含射頻前端CC2591，射頻前端中有RF收發器、片上系統SoC，兩者包含了提供較高輸出功率的功率放大器，用于改善接收機靈敏度的低噪聲放大器。電路圖如圖2所示。

1.2 射頻天線設計

天線有增強信號強度，強化射頻模塊收發能力的作用，它能延長ZigBee之間的通信距離，提高通信效率。比較幾種常用的 ZigBee天線類型[5?6]，印制倒F型天線經過外部調整可在ZigBee的工作頻率2.4 GHz諧振，達到本智能停車系統的需要。整體設計如圖3所示。

圖3 天線與各硬件的整體設計圖

1.3 指示燈控制電路

本項目使用紅外傳感器來監測車位的空余與否，并且管理空余車位，以便隨時更新空余節點，為上位機處理數據信息，確保A*算法提供準確車位誘導信息。由LED組所構成的地標系統，也是實現車位誘導極為重要的部分。利用指示燈控制電路連接ZigBee，由上位機中的最佳路徑計算出最佳車位，并無線控制地標系統，將A*算法[7]的計算結果可視化。

2 系統軟件設計

系統的軟件包括：車牌識別、車輛信息處理、節點加入網絡、上位機設計、收費系統、最佳路徑算法等6個部分。

2.1 車牌識別

車牌識別[8]是通過對車牌圖像的采集，車牌區域定位，字符分割及字符識別，識別后存入數據庫，實現對車牌的數字化。處理前后如圖4所示。

圖4 車牌識別結果

2.2 車輛信息處理

信息處理分為信息采集和信息分析與處理。信息采集分為車牌采集與IC射頻卡采集，用戶分為固定用戶與臨時用戶。停車場會為固定用戶發配IC射頻卡，卡內包含用戶信息。系統的信息收集與處理將收集來的數據存入數據庫，系統數據庫使用SQL Server數據庫，庫內創建三個數據表包括臨時表、用戶表、歷史表。數據庫起到永久保存用戶停車信息與查詢用戶信息的作用。只有管理員才可以修改或刪除用戶信息。SQL Server固定用戶數據表如表1所示；臨時用戶數據表如表2所示。

表1 固定用戶數據表

2.3 節點加入網絡

本系統的軟件包括Coordinator建立網絡、子節點加入網絡和上位機三部分[9?10]。

表2 臨時用戶數據表

[列名＼數據類型＼允許1值＼用戶車牌＼Varchar（50）＼□＼入場時間＼Time（7）＼□＼出場時間＼Time（7）＼□＼應繳費用＼Money＼□＼]

協調器在進行建立網絡時，首先會對信道進行能量掃描，選擇其中能量最弱的信道成為該網絡的邏輯信道（信道的能量越小，則在該信道中能建立的PAN網絡也就越少），然后再選擇短地址的信息、PAN網絡標識的ID，對網絡設置初始化，PAN網絡也就正式建立，網絡協調器進入睡眠狀態來等待其他節點加入。Coordinator建立網絡流程框圖如圖5所示。

ZigBee路由器主要用作中繼器使遠程設備之間能夠相互進行通信，它的主要作用是發現網絡、加入網絡、離開網絡、分配子設備的相關地址、鄰居列表等。在此，終端End Device直接與ZigBee路由器通信，采集數據最后的節點。子節點的網絡建立時，先對信道進行掃描，從而在某邏輯信道上發現存在的協調器。然后子節點發出請求幀，協調器根據實時情況來決定是否允許其加入，如果允許加入，則協調器會給子節點分配一個16位的網絡地址。至此，網絡就成功形成。子節點加入網絡流程框圖如圖6所示。具體數據傳輸格式見表3和表4。

圖5 Coordinator建立網絡流程框圖

圖6 子節點加入網絡流程框圖

2.4 智能停車場軟件設計

用戶出入口管理軟件實現智能停車場的車輛自動收費和收集用戶信息的功能。臨時用戶進入停車場時，系統自動記錄用戶車牌信息，并為用戶發放單據記錄入場時間及費用明細，顯示屏顯示分配的車位，出場繳費時，系統再次打印單據記錄出場時間及相關費用。固定用戶持有停車場發放的IC射頻卡，記錄用戶相關信息。當用戶入場時，在入口刷卡，系統記錄信息，在顯示器顯示用戶頭像、車牌號碼、用戶姓名、卡內余額等信息供用戶參考，出場刷卡繳費時，系統會提示用戶停車的相關信息，出入口停車系統界面如圖7所示。

管理員軟件實現智能停車場整體管理的功能，實現智能化。通過出入口系統對用戶信息的收集，管理員可以在軟件中調出全部用戶信息，查詢個別用戶信息，新增及刪除用戶。在軟件的界面上還會顯示停車場的相關信息便于管理員管理。管理員軟件界面如圖8所示。

圖7 出入口管理系統界面

圖8 管理員操作界面

3 結 論

用戶進入停車場時，臨時用戶車牌在采集并識別后存入數據庫，固定用戶采用IC卡讀卡存入數據庫，同時記錄時間，上位機采用最優算法自動分配最合適的車位，LED燈指示所分車位。出場時，臨時用戶用網銀或現金支付、固定用戶刷卡繳費。經檢測，本系統可以完成對停泊車輛的信息收集、車位分配、車位指示、讀卡繳費的功能，實現了停車場的智能化。

參考文獻

[1] 曹石.智能停車場管理系統的研究[J].中外企業家，2014（4）：210?211.

[2] 王勝平.基于ZigBee網絡的路燈監控系統的研究[D].廣州：華南理工大學，2010.

[3] 戴偉，陳以偉，周玲敏.停車場泊位誘導系統設計[J].科技信息，2014（15）：57?58.

[4] 劉輝，趙麗芬，孫番典，等.基于CC2530的ZigBee射頻收發模塊設計[J].云南民族大學學報：自然科學版，2012，21（6）：452?456.

[5] 宋國辰，王春杰.基于ZigBee JN5139模塊無線抄表系統的節點設計[J].天津理工大學學報，2012，28（4）：74?77.

[6] 朱紀銘，閆述.基于編碼分組的無線射頻識別多標簽防碰撞方法[J].揚州大學學報：自然科學版，2011，14（4）：57?59.

[7] 劉浩，鮑遠律.A*算法在矢量地圖最優路徑搜索中的應用[J].計算機仿真，2008（4）：253?257.

[8] 陳亮，杜宇人.基于字符邊緣檢測和顏色特征的車牌定位算法[J].揚州大學學報：自然科學版，2008，11（3）：57?61.